Вопросы и задания для контроля

5. Объясните устройство трехобмоточного трансформатора.

6. Назовите достоинства и недостатки трехобмоточных трансформаторов.

7. Какова величина мощности обмоток трехобмоточного трансформатора?

4. Как соединяют обмотки трехобмоточных трансформаторов?

5. Объясните устройство трансформатора с расщеплённой обмоткой. В чём заключается основное преимущество таких трансформаторов?

12. Измерительные трансформаторы

Измерительные трансформаторы тока и напряжения предназначены для отделения сети ВН от цепей измерительных приборов и реле защиты с целью безопасности обслуживания, а также преобразования токов и напряжений до значений, удобных для измерения.

Трансформаторы тока (ТТ) выполняют на номинальные токи первичные I_1Н от 5 до 30000 А, вторичные I_2Н – 5 и 1 (реже 2; 2,5) А. Номинальная мощность ТТ S_Н составляет 5–30 (иногда 50–100) В·А.

Первичную обмотку ТТ Л1Л2 включают последовательно в ли-нию с измеряемым током I₁ (рис. 12.1, а). Число витков этой обмотки невелико w₁ ≥ 1, поэтому её сопротивление Z₁ ≈ 0 и не влияет на ток I₁.

Вторичная обмотка И1И2 рассчитана на небольшие токи и соответственно большое число витков w₂ > w₁. К её зажимам последовательно подключают приборы с малым сопротивлением (амперметры, токовые обмотки счётчиков и ваттметров, обмотки реле).

У большинства ТТ Z_Н = (0,1–2) Ом, то есть близко к нулю, и ТТ работают в режиме, близком к короткому замыканию. МДС обмоток практически уравновешены w₁I₁ ≈ w₂I₂. Поэтому поток взаимоиндук-ции Ф и намагничивающий ток I₀ малы, а магнитопровод не насыщен.

Номинальный коэффициент трансформации ТТ

. (12.1)

По измеренному вторичному току I₂ определяют первичный ток

. (12.2)

Согласно (3.28) при I₀ = 0 приведённый вторичный ток точно равен первичному току – İ ^/₂ = – k_i İ₂ = – İ₂/k₁₂ = İ₁. Если I₀ ≠ 0, то токи обмоток | – İ ^/₂ | ≠ | İ₁ | (рис. 3.5) различны по модулю и не совпадают по фазе. Поэтому возникают погрешности измерения: токовая, %,

, (12.3)

и угловая δ_i, равная углу α между векторами İ₁ и – İ ^/₂, мин (рис. 3.5).

Эти погрешности уменьшают, снижая ток I₀. Поэтому магнитопроводы делают ненасыщенными с рабочей индукцией В_m ≤ 0,2 Тл.

Класс точности ТТ равен допустимой токовой погрешности f_i, %, при номинальном токе. Для выпускаемых ТТ f_i = 0,2; 0,5; 1; 3; 10 %. Угловая погрешность δ_i = 10^/; 40^/; 80^/ соответственно для ТТ классов точности 0,2; 0,5; 1 и не нормируется для ТТ классов точности 3 и 10.

Ток в линии I₁ не зависит от ТТ и МДС F₁ = w₁I₁ = const. Повы-шение сопротивления Z нагрузки уменьшает вторичные ток I₂ и МДС F₂ = w₂I₂. Равновесие МДС обмоток нарушается w₁I₁ > w₂I₂, увеличиваются поток Ф и ток I₀, а точность измерения снижается. Для боль-шей точности измерения сумма сопротивлений Z внешней нагрузки не должна превышать нормированное значение Z_Н ≈ S_Н/(I_2Н)².

Для ТТ недопустим разрыв вторичной цепи (Z = ∞, I₂ = 0), так как исчезает уравновешивающая МДС F₂ и поток Ф увеличивается в десятки и сотни раз. Магнитопровод ТТ сильно насыщается, кривая потока уплощается, а во вторичной обмотке индуктируются пики на- пряжения с амплитудой до нескольких кВ, опасной для приборов и

обслуживающего персонала (кривые Ф(t) и e(t) рис. 8.2). Также сильно возрастают потери в магнитопроводе и его нагрев, что опасно для изоляции ТТ. Во избежание этого при отключении нагрузки вторичную обмотку ТТ замыкают накоротко ключом К (рис. 12,1, а).

В случае пробоя изоляции вторичная обмотка и магнитопровод могут оказаться под высоким напряжением. Для безопасности обслуживания вторичные обмотки и магнитопроводы ТТ заземляют.

Трансформаторы напряжения (ТН) выполняют на номинальные напряжения первичные U_1Н от 0,4 до 1150 кВ, вторичные U_2Н – 100, , 100/3 В. ТН по устройству и включению подобны силовым.

Первичную обмотку AX с большим числом витков w₁ подключа-ют параллельно к сети ВН (рис. 12.1, б). К вторичной обмотке ax с числом витков w₂ < w₁ подключают параллельно приборы с большим сопротивлением (вольтметр, обмотки напряжения счётчика или ваттметра, реле). Поэтому токи в обмотках незначительны и ТН работают в режиме, близком к холостому ходу.

Номинальный коэффициент трансформации ТН

. (12.4)

Первичное напряжение определяют по измеренному вторичному

, (12.5)

В реальности токи обмоток не равны нулю и за счёт падения напряжения на сопротивлениях обмоток U₁ ≠ k_uU₂ = U ^/₂ (рис. 5.11).

Поэтому возникают погрешности измерения: по напряжению, %

, (12.6)

и угловая δ_u, равная углу α (рис. 5.11) между векторами и, мин.

Погрешности f_u и δ_u равны нулю, если ==k_uU₂. Это возможно, если намагничивающий ток I₀ и падения напряжения на сопротивлениях обмоток Z ^/₂İ ^/₂, Z₁İ₁ равны нулю (рис. 3.5).

Чтобы уменьшить ток I₀ и потоки рассеяния обмоток магнитопроводы выполняют ненасыщенными с рабочей индукцией В_m ≤ 1 Тл. Сопротивление Z_К = Z₁ + Z ^/₂ снижают, уменьшая рассеяние обмоток и плотность тока в обмотках в 5–10 раз, до такой степени, что u_К ≤ 1 %.

Для уменьшения тока нагрузки I ^/₂, а значит и тока I₁, сопротивление внешней нагрузки Z должно многократно превышать сопротив-

ление обмоток Z_К. Достаточная точность измерения достигается, если сопротивление нагрузки Z больше нормированного Z_Н ≈ m(U_2НФ)²/S_Н, где S_Н – номинальная мощность для данного класса точности.

Для ТН установлены четыре класса точности, равные погрешнос-ти по напряжению f_u = 0,2; 0,5; 1; 3 %. Угловая погрешность δ_u = 10^/; 20^/; 40^/ для классов точности 0,2; 0,5; 1 и не нормируется для класса 3.

При этом один и тот же ТН может работать с разными классами точности в зависимости от нагрузки S₂ = m(U_2НФ)²/Z, где Z – полное сопротивление внешней нагрузки. Поэтому для ТН нормируются три значения номинальной мощности S_Н, соответствующие классам точности 0,5; 1; 3. Номинальная мощность для классов точности 1 и 3 со-ответственно в 1,5–2 и 3–4 раза больше, чем для класса точности 0,5.

Для требуемой точности измерений мощность нагрузки S₂ не должна превышать номинальную S_Н в данном классе точности.

ТН изготавливают однофазными на все первичные напряжения, а также трёхфазными для первичных напряжений U₁ ≤ 20 кВ.

Для безопасности обслуживания вторичные обмотки и магнитопроводы ТН заземляют (рис. 12.1, б). От коротких замыканий во вторичной цепи ТН защищают установкой плавких предохранителей в незаземлённых проводах или автоматических выключателей на стороне НН. В ТН до 35 кВ (иногда 110 кВ) включительно сеть ВН от повреждений в ТН защищают предохранителями на стороне ВН.